СПИНОНЫ И МАГНОНЫ В ЦЕПОЧКАХ ПСЕВДОСПИНОВ S=1/2 ВО ФРУСТРИРОВАННОМ АНТИФЕРРОМАГНЕТИКЕ Cs2CoBr4 Текст научной статьи по специальности «Физика»

СПИНОНЫ И МАГНОНЫ В ЦЕПОЧКАХ ПСЕВДОСПИНОВ S=1/2 ВО ФРУСТРИРОВАННОМ АНТИФЕРРОМАГНЕТИКЕ Cs2CoBr4 Смирнов А. И.1, Солдатов Т. А.1, Сыромятников А.В.2

1 Институт физических проблем им. П. Л. Капицы РАН, Москва, 119334, Россия, smirnov@kapitza. ras. ru 2Петербургский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова,

Гатчина, 188300 Россия Магнитные кристаллы Cs2CoBr4 отличаются особым типом фрустрированной треугольной решетки, который допускает проявление как двумерных, так и одномерных свойств. Мы опишем результаты экспериментов по низкотемпературному спиновому резонансу в Cs2CoBr4, которые обнаруживают спектр поглощения антиферромагнитной фазы в диапазоне 25-250 ГГц с неожиданно большим количеством резонансных частот, а также двухмодовый спиновый резонанс в промежуточной области температур, соответствующей спин-жидкостному режиму цепочечного магнетика.

Сильная анизотропия ионов кобальта в кристаллическом поле позволяет использовать модель на основе псевдоспинов S=1/2, в то время как реальный спин иона равен 3/2. Интерпретация экспериментальных спектров на основе теории, учитывающей короткомасштабные корреляции спинов в примитивной ячейке с четырьмя магнитными ионами, делает возможным выделить в антиферромагнитной фазе при температуре 0.5 К сигналы магнонных мод спиновых колебаний и необычные слабые сигналы связанных двухмагнонных состояний. Этим мы объясняем многомодовый характер спектра. Предложена спиновая структура этих типов возбуждений [1].

В температурном интервале выше температуры Нееля 1.3 К, но ниже температуры образования внутрицепочечных корреляций (примерно 4 К) реализуется спин-жидкостная фаза без дальнего магнитного порядка, в которой межцепочечные корреляции потеряны, но состояния отдельных цепочек близки к основному состоянию сильно анизотропной антиферромагнитной цепочки спинов S=1/2 [2]. В этой области температур мы наблюдаем сигналы магнитного резонанса, соответствующие возбуждениям спинонного типа со структурой типа доменной стенки в одномерной спиновой цепочке с сильной анизотропией [3]. Этот спектр магнитного резонанса имеет две резонансные частоты, соответствующие специфическим возбуждениям анизотропных антиферромагнитных цепочек, для которых характерна квантовая запутанность из-за некоммутирующих действий анизотропии и поперечного магнитного поля.

Таким образом, в кристаллах Cs2CoBr4 наблюдается примечательный "зоопарк" редких квазичастиц - магнонов, их связанных состояний и спинонов.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 22-12-00259. Литература

1. T.A. Soldatov, A.I. Smirnov, and A.V. Syromyatnikov. Phys. Rev. B108, 184426 (2023)

2. P. Laurell et al, Phys. Rev. Lett. 127, 037201 (2021).

3. T.A. Soldatov, A.I. Smirnov, and A.V. Syromyatnikov. Phys. Rev. B108, 184427 (2023)